VR 技術(shù)在民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)（TA 專業(yè)）中的可行性分析

江蘇航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 郭昊宇

Virtual Reality（VR）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多媒體技術(shù)發(fā)展的最高形態(tài)，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維的虛擬世界，向使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。目前該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)療、應(yīng)急演練、室內(nèi)設(shè)計(jì)、汽車仿真、學(xué)歷教育等領(lǐng)域。

1 VR 技術(shù)簡介

Virtual Reality（VR），即我們通常所說的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，由美國思想家Jaron Lanier 于20 世紀(jì)80 年代提出。該項(xiàng)技術(shù)是指在計(jì)算機(jī)軟硬件及各種傳感器（如高性能計(jì)算機(jī)、圖形圖像生成系統(tǒng)，以及特制服裝、特制手套、特別眼鏡等）的支持下生成一個(gè)逼真的、三維的，具有一定的視、聽、觸、嗅等感知能力的環(huán)境，使用戶在這些軟硬件設(shè)備的支持下，能以簡捷、自然的方法與這一由計(jì)算機(jī)所生成的“虛擬”的世界中對(duì)象進(jìn)行交互作用。它是現(xiàn)代高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口、立體影像、立體聲響、測(cè)量控制、模擬仿真等技術(shù)綜合集成的成果，目的是建立起一個(gè)更為和諧的人工環(huán)境[1]。

2 民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)國內(nèi)外現(xiàn)狀

目前國際上民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)影響最廣泛規(guī)章是由美國聯(lián)邦航空局（FAA）頒布的FAR-147規(guī)章和歐洲航空安局（EASA）頒發(fā)的 EASA-147 規(guī)章，中國民航局在充分借鑒了FAR-147 和EASA-147的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國民航發(fā)展特色，制定了符合中國國情的CCAR-147 部規(guī)章，即《民用航空器維修培訓(xùn)機(jī)構(gòu)合格審定規(guī)則》。CCAR-147 部規(guī)章從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個(gè)方面，對(duì)民用航空器維修培訓(xùn)機(jī)構(gòu)從機(jī)構(gòu)申請(qǐng)標(biāo)準(zhǔn)到人員培訓(xùn)要求進(jìn)行了詳細(xì)的說明，是中國民用航空維修培訓(xùn)的綱領(lǐng)性文件。

3 民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)硬件成本問題

根據(jù)現(xiàn)行有效的CCAR-147 規(guī)章要求，培訓(xùn)機(jī)構(gòu)必須具備與培訓(xùn)執(zhí)照類別對(duì)應(yīng)的真實(shí)航空器及其維修手冊(cè)。航空器可以使用非適航狀態(tài)的報(bào)廢航空器，但其停放條件和狀態(tài)應(yīng)當(dāng)能夠按照維修手冊(cè)開展航空器及其發(fā)動(dòng)機(jī)維修實(shí)踐，包括采用部分模擬設(shè)備開展相關(guān)的維修實(shí)踐，維修手冊(cè)可以使用非現(xiàn)行有效的版本，但應(yīng)當(dāng)保持其完整可用并注明僅供培訓(xùn)使用[2]。例如，若某單位想要進(jìn)行安裝有渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)（TA）的民用航空器維修人員培訓(xùn)，除了人員需要符合局方規(guī)章要求外，還需要面對(duì)以下問題。

3.1 教學(xué)用機(jī)的高昂投入

由于適航飛機(jī)售價(jià)昂貴，所以目前國內(nèi)的民用航空器維修培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，普遍采購已經(jīng)退役的民航客機(jī)/貨機(jī)作為教學(xué)用機(jī)，但即使是退役的不適航飛機(jī)，其售價(jià)也高達(dá)數(shù)百萬人民幣。

3.2 教學(xué)用機(jī)場(chǎng)地的高昂投入

教學(xué)用機(jī)采購回來后，為了保證飛機(jī)能夠長期使用，所以像在役適航飛機(jī)那樣露天停放顯然是不行的，培訓(xùn)機(jī)構(gòu)還需要為這架教學(xué)用機(jī)搭建機(jī)庫，以波音737-300型飛機(jī)為例，這款機(jī)型的機(jī)身長33.4m，翼展28.9m，機(jī)身高度4.01m，如此龐大的機(jī)身，加上其他附屬工裝、消防設(shè)備等，機(jī)庫面積基本在1400m2（40m×35m）左右。為了有效利用空間，培訓(xùn)機(jī)構(gòu)基本上采用機(jī)庫上方蓋培訓(xùn)樓的模式，即整個(gè)培訓(xùn)大樓一樓為機(jī)庫和庫房，其余樓層為辦公室、教室、考場(chǎng)。

3.3 航材備件的持續(xù)性投入

根據(jù)局方規(guī)章要求，一個(gè)培訓(xùn)班至多24 名學(xué)員，按照每年4 個(gè)培訓(xùn)班，每名學(xué)員培訓(xùn)時(shí)拆卸、安裝2 次成品估算，在實(shí)際培訓(xùn)時(shí)，教學(xué)用機(jī)上的某一部件將被拆卸、安裝192 次/年，在如此高頻率的拆卸安裝環(huán)境下，想要長期保證一架退役飛機(jī)成品的完好性是非常難以實(shí)現(xiàn)的。除了機(jī)載成品外，標(biāo)準(zhǔn)件的損耗和結(jié)構(gòu)件的防腐也是培訓(xùn)機(jī)構(gòu)需要持續(xù)投入的項(xiàng)目。

綜上所述，在疫情防控期間、民航市場(chǎng)萎縮以及民用航空器維修人員需求量減少的大環(huán)境下，民用航空器維修培訓(xùn)機(jī)構(gòu)如果沒有穩(wěn)定的生源，前期巨大的硬件投入及運(yùn)行期間持續(xù)的航材備件投入，隨時(shí)都可能成為壓死駱駝的最后一根稻草。

4 VR 技術(shù)在民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)領(lǐng)域的可行性分析

VR 技術(shù)有3 個(gè)基本特征，又被稱為3I，分別為Immersion（沉浸）、Interaction（交互）和Imagination（構(gòu)想）[3]，彼此間的關(guān)系如圖1 所示。

圖1 3I 關(guān)系圖Fig.1 3I relationship

VR 技術(shù)的沉浸式特征，會(huì)使用戶有一種置身于虛擬世界之中的感覺，利用頭戴式設(shè)備把用戶的視覺、聽覺封閉起來，產(chǎn)生虛擬視覺。同時(shí)，它利用手部穿戴設(shè)備把用戶的手感通道封閉起來，產(chǎn)生虛擬觸動(dòng)感[4]。而VR技術(shù)的交互式特征主要以三維界面的形式呈現(xiàn)，通過眼動(dòng)追蹤、語音控制、慣導(dǎo)設(shè)備、動(dòng)作識(shí)別、物理空間定位等體感交互技術(shù)的應(yīng)用讓用戶能通過自然動(dòng)作在三維空間里與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互[5]。民用航空器維修培訓(xùn)工作是向民航業(yè)輸送合格維修人員的重要渠道，其培訓(xùn)質(zhì)量的高低、培訓(xùn)效果的好壞，將會(huì)對(duì)民航運(yùn)營安全產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因此，將VR 技術(shù)引入民用航空器維修培訓(xùn)領(lǐng)域之前，需要針對(duì)民用航空器維修培訓(xùn)工作的特點(diǎn)展開分析，并針對(duì)這些特點(diǎn)，進(jìn)行VR 教學(xué)平臺(tái)的搭建。

4.1 民用航空器維修培訓(xùn)工作分類

CCAR-147 部規(guī)章將民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)工作分為理論部分和實(shí)操部分，其中理論部分總共有M1（航空概論）、M2（航空器維修）、M3（飛機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)）、M5（渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)）4 個(gè)子模塊，以課堂講授為主，實(shí)操部分有M7（航空器維修基本技能）、M8（航空器維修實(shí)踐）2 個(gè)模塊，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐為主，但是，現(xiàn)行規(guī)章要求參訓(xùn)學(xué)員在未完成理論部分培訓(xùn)并考試合格時(shí)，不得進(jìn)行實(shí)操部分的考試評(píng)估。

4.2 民用航空器維修培訓(xùn)生源分類

隨著最新版《民用航空器維修人員執(zhí)照管理規(guī)則》（CCAR-66R3）于2020 年7 月1 日正式實(shí)施，理工類應(yīng)屆畢業(yè)生也可以參加民用航空器維修培訓(xùn)，經(jīng)考試合格后，即可申請(qǐng)民用航空器維修人員執(zhí)照。在新規(guī)章頒布之前，只有已經(jīng)參加工作，并且有一定工作經(jīng)驗(yàn)的人員才能考取民用航空器維修人員執(zhí)照，新規(guī)章的施行打破了以往民用航空器維修培訓(xùn)生源單一的弊端，讓廣大立志從事民航維修工作的理工類應(yīng)屆大學(xué)生實(shí)現(xiàn)“帶照畢業(yè)”。但是由于新規(guī)章頒布時(shí)間尚短，目前民用航空器維修培工作的生源依然分為應(yīng)屆畢業(yè)生和在職人員兩類。應(yīng)屆畢業(yè)生生源穩(wěn)定，但是沒有工作經(jīng)驗(yàn)，相比較在職人員，他們學(xué)習(xí)能力更強(qiáng)，而在職人員雖然工作經(jīng)驗(yàn)豐富，但是學(xué)習(xí)能力相對(duì)較弱，且在職生源將會(huì)隨著時(shí)間的推移，逐步萎縮。

4.3 VR 教學(xué)可行性分析

（1）VR 硬件要求。相較于游戲、電影等傳統(tǒng)VR 應(yīng)用領(lǐng)域，由于民用航空維修培訓(xùn)工作的特殊性，除了配備VR 設(shè)備主機(jī)、頭戴式設(shè)備等傳統(tǒng)設(shè)備外，還需要根據(jù)培訓(xùn)內(nèi)容，定制所需的手持式設(shè)備，例如扳手、螺刀、鉗子等。同時(shí)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)應(yīng)配備適用的備份設(shè)備，除了保存每次考試的考試數(shù)據(jù)外，在特殊情況下（如斷電、設(shè)備故障等）能夠及時(shí)恢復(fù)考試。

（2）VR 軟件要求。根據(jù)《航空器維修基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)作培訓(xùn)規(guī)范》（AC-66-FS-002 R1）中對(duì)M7（航空器維修基本技能）、M8（航空器維修實(shí)踐）兩個(gè)模塊的培訓(xùn)要求，結(jié)合實(shí)際培訓(xùn)內(nèi)容分析得出，M7 模塊中的M7.1.2（航空緊固件介紹、拆裝和保險(xiǎn)）、M7.1.3（硬/軟管路施工）、M7.1.4（傳動(dòng)部件的檢查與校裝）、M7.1.8（標(biāo)準(zhǔn)線路施工）、M8 全部模塊均可引入VR 技術(shù)，軟件要求如下：

1）與局方批準(zhǔn)的培訓(xùn)類別相一致的機(jī)型數(shù)據(jù)庫，例如某培訓(xùn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行TA 類別培訓(xùn)，其VR 軟件僅需要安裝一款有渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的固定翼飛機(jī)即可，如波音系列、空客系列、安博威系列、ARJ 系列等機(jī)型中任意一款即可；2）機(jī)型數(shù)據(jù)庫中的機(jī)型數(shù)據(jù)必須包含整機(jī)所有系統(tǒng)、部件的三維模型，且必須是1:1 真實(shí)還原的模型；3）數(shù)據(jù)庫中的機(jī)型可以是已經(jīng)退役的機(jī)型，但必須是現(xiàn)實(shí)中真實(shí)存在的；4）軟件需要根據(jù)局方M7、M8 考核評(píng)估要求設(shè)定最低終止考核標(biāo)準(zhǔn)，即考生在考核過程中若存在可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果的違規(guī)操作，系統(tǒng)將自動(dòng)終止考核；5）軟件需設(shè)置學(xué)員（考生）通道、教員（考試員）通道、局方檢察員通道（可遠(yuǎn)程連接）。學(xué)員（考生）通道用于學(xué)員的日常培訓(xùn)與考試；教員（考試員）通道用于教員（考試員）在日常培訓(xùn)中的指導(dǎo)以及考試過程中的考核評(píng)估；局方檢察員通道用于局方對(duì)考試過程的監(jiān)控；6）軟件應(yīng)具即時(shí)錄制功能，且在保證影像資料清晰度的前提下，盡可能的縮小視頻文件大小，便于機(jī)構(gòu)保存。

（3）其他要求。除了配備滿足培訓(xùn)要求的VR 設(shè)備外，培訓(xùn)機(jī)構(gòu)還應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身培訓(xùn)規(guī)模，合理的設(shè)置培訓(xùn)教室、應(yīng)急通道、防火設(shè)施等。

5 兩種檢查方法的對(duì)比

兩種檢查方法的對(duì)比如表1 所示。

表1 傳統(tǒng)培訓(xùn)與VR 培訓(xùn)對(duì)比Tab.1 Comparison of traditional training and VR training

通過表1 對(duì)比我們不難看出，雖然傳統(tǒng)培訓(xùn)存在前期投入大、占地面積大、維持飛機(jī)狀態(tài)困難等諸多不便，但是由于其培訓(xùn)過程真實(shí)，受外部影響較小，對(duì)于年齡較大、計(jì)算機(jī)水平較低的大齡學(xué)員來說更加方便，目前國內(nèi)的民用航空器維修培訓(xùn)機(jī)構(gòu)基本上還是采用這種培訓(xùn)形式。

VR 技術(shù)作為新興技術(shù)，目前國內(nèi)的VR 廠家更多專注于娛樂、影音、傳統(tǒng)學(xué)歷教育等方向的技術(shù)開發(fā)，而對(duì)于民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)這類職業(yè)技能培訓(xùn)還未特別關(guān)注，這導(dǎo)致了適用于該培訓(xùn)的VR 硬件和軟件的可選擇性都較小，也從軟、硬件基礎(chǔ)上就對(duì)VR 技術(shù)在民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行了一定的限制。同時(shí)，在法律法規(guī)層面，目前中國民航局還未就VR 技術(shù)在民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)工作中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)說明，這也從法規(guī)方面將VR 技術(shù)拒之于民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)的大門外。

雖然目前國內(nèi)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)還無法開展基于VR 技術(shù)的民用航空器維修人員執(zhí)照培訓(xùn)，但是南航、海航技術(shù)等國內(nèi)航司的維修部門，都已于2022 年開展了基于VR 技術(shù)的機(jī)型培訓(xùn)并取得了優(yōu)秀的培訓(xùn)效果，這也為VR 技術(shù)在民用航空器維修培訓(xùn)領(lǐng)域的應(yīng)用打開了一扇窗戶。隨著技術(shù)的發(fā)展，民航法規(guī)的完善，我們相信VR 技術(shù)將會(huì)對(duì)民用航空器維修培訓(xùn)人員執(zhí)照培訓(xùn)工作帶來新的變革。

引用

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[3] 徐素寧,韋中亞,楊景春.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在虛擬旅游中的應(yīng)用[J].地理學(xué)與國土研究,2001(3):92-96.

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